2011年高一化学精品课件：2.3.2　化学电源（苏教版必修2）

(共36张PPT)
第2课时　化学电源
第2课时
课堂互动讲练
知能优化训练
课前自主学案
探究整合应用
课前自主学案
自主学习
一、化学电源
　人们根据原电池的反应原理，发明并制造了多种多样的化学电源。在日常生活、高科技领域、航天技术中化学电源是不可缺少的。化学电源具有能量转化率高、使用方便、用途广泛等优点。
二、化学电源的分类
　化学电源可分为两类：_________、________。
一次电池
二次电池
其中一次电池又称为一次性电池，其特点是用过之后不能复原；二次电池充电后可重复多次使用。
常见化学电源的组成与反应原理
Zn＋2NH4Cl＋
2MnO2===Zn(NH3)2Cl2
＋2MnO(OH)
Zn＋Ag2O＋
H2O
Zn(OH)2＋2Ag
PbO2＋Pb＋
2PbSO4＋2H2O
2H2SO4
2CH3OH＋3O2＋
6H2O
自主体验
1．科学家近年来研制出一种新型细菌燃料电池，利用细菌将有机酸转化成氢气，氢气进入以磷酸为电解质的燃料电池发电。电池负极反应为(　　)
A．H2＋2OH－－2e－===2H2O
B．O2＋4H＋＋4e－===2H2O
C．H2－2e－===2H＋
D．O2＋2H2O＋4e－===4OH－
答案：C
答案：A
3．一种燃料电池中发生的化学反应为：在酸性溶液中甲醇与氧作用生成水和二氧化碳。该电池负极发生的反应是(　　)
A．CH3OH(g)＋O2(g)－2e－===H2O(l)＋CO2(g)＋2H＋(aq)
B．O2(g)＋4H＋(aq)＋4e－===2H2O(l)
C．CH3OH(g)＋H2O(l)－6e－===CO2(g)＋6H＋(aq)
D．O2(g)＋2H2O(l)＋4e－===4OH－
答案：C
课堂互动讲练
化学电源
化学电源可分为一次电池和二次电池。二次电池放电时是原电池，遵循原电池原理。
例1
【解析】　该电池能充电，为二次电池，A不正确；根据Li只有＋1价可推知，LiFePO4中的Fe为＋2价，B正确；放电时负极被消耗，化学能转化为电能，C正确；放电时，为原电池，电解质溶液中的阳离子应向正极移动，D正确。
【答案】　A
变式训练1　下列说法正确的是(　　)
A．镍镉电池、锂电池和锌锰电池都是二次电池
B．燃料电池是一种高效但是会污染环境的新型电池
C．化学电池的反应原理是氧化还原反应
D．铅蓄电池放电时正极是Pb，负极是PbO2
解析：选C。锌锰电池是一次电池，A不正确；燃料电池是一种高效不会污染环境的新型电池，B不正确；铅蓄电池放电时正极是PbO2，负极是Pb，D不正确。
电极反应式、原电池反应式的书写
1．电极反应式的书写
(1)负极反应式的书写
①活泼金属作负极时，本身被氧化：
若生成的阳离子不与电解质溶液反应，可直接写成产物为金属阳离子，如：Zn－2e－===Zn2＋，Cu－2e－===Cu2＋。
若生成的金属阳离子与电解质溶液反应，应写成“金属失电子的反应式”与“阳离子与电解质溶
如：H2-O2(H2SO4)原电池，正极反应式为：
O2＋4e－＋4H＋===2H2O；
H2-O2(KOH)原电池，正极反应式为：
O2＋4e－＋2H2O===4OH－。
2．原电池反应式的书写
两电极反应式，得失电子数相等时，将两电极反应式相加即得原电池反应式。
特别提醒：在正极上，若是电解质溶液中的某种离子被还原，无论该离子是强电解质提供的，还是弱电解质提供的，一律写离子符号；而在原电池反应中，要遵循离子方程式的书写规则，只有易溶的强电解质用离子符号表示。
例2
写出下列原电池的电极反应式和总反应的化学方程式。
正 、负极
电解质
组别 负极 正极 电解质溶液
(1) 铁 铜 稀硫酸
(2) 铜 银 硝酸银溶液
(3) 铁 石墨 氯化钠溶液
(1)负极：______________；正极：________________________________________________________________________；
总反应式：________________________________________________________________________。
(2)负极：______________；正极：________________________________________________________________________；
总反应式：________________________________________________________________________。
(3)负极：______________；正极：________________________________________________________________________；
总反应式：________________________________________________________________________。
【解析】　(1)铁作负极失2e－变成Fe2＋，H＋得e－变成H2；(2)Cu失2e－变成Cu2＋，Ag＋得e－变成Ag；(3)Fe失2e－变成Fe2＋，得电子的是空气中的O2，因为NaCl溶液为中性溶液，所以O2得电子后变为O2－，立即结合H2O分子生成OH－。
【答案】　(1)Fe－2e－===Fe2＋　2H＋＋2e－===H2↑
Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑
(2)Cu－2e－===Cu2＋　Ag＋＋e－===Ag
Cu＋2AgNO3===2Ag＋Cu(NO3)2
(3)Fe－2e－===Fe2＋　2H2O＋O2＋4e－===4OH－
2Fe＋2H2O＋O2===2Fe(OH)2
变式训练2　
燃料电池
　燃料电池中通燃料的一极作负极，通O2的一极作正极，常见的有CH4、CH3OH、C2H6、H2等燃料电池。
例3
(2011年莆田高一检测)如图所示，可形成氢氧燃料电池。通常氢氧燃料电池有酸式(当电解质溶液为H2SO4溶液时)和碱式[当电解质溶液为NaOH(aq)或KOH(aq)时]两种。试回答下列问题：
氢氧燃料电池示意图
(1)酸式电池的电极反应：负极________________，正极______________；电池总反应：______________；电解质溶液pH的变化________(填“变大”、“变小”或“不变”)。
(2)碱式电池的电极反应：负极________________，正极______________；电池总反应：______________；电解质溶液pH的变化________(填“变大”、“变小”或“不变”)。
【解析】　燃料电池所用的介质不同，相应的电极反应就不同；但无论如何书写，两电极反应相叠加始终等于燃料的燃烧反应。这也是验证电极反应是否正确的一种方法。
(1)正极上，O2得电子变为O2－，溶液中O2－不能单独存在，酸性条件下与H＋结合生成H2O。负极上，H2失电子变为H＋，H＋进入电解质溶液。电池总反应为H2在O2中燃烧的反应，由于有水生成，溶液将逐渐变稀，故pH增大。
(2)正极上，O2得电子变为O2－，溶液中O2－不能单独存在，碱性条件下与H2O分子结合生成OH－；负极上，H2失去电子变为H＋，碱性条件下H＋不能大量存在，与OH－结合生成水。电池。
总反应也是H2在O2中的燃烧反应。同样，由于有水生成，c(OH－)变小，pH变小
【答案】　(1)2H2－4e－===4H＋　O2＋4e－＋4H＋===2H2O　2H2＋O2===2H2O　变大
(2)2H2－4e－＋4OH－===4H2O　O2＋4e－＋2H2O===4OH－　2H2＋O2===2H2O　变小
变式训练3　
(3)开始放电时，正极附近溶液的pH________(填“增大”、“减小”或“不变”)。
探究整合应用
废旧电池的回收利用
一节电池烂在地里，能够使一平米的土地失去利用价值。对自然环境威胁最大的5种物质中，电池里就含了3种。废电池一般都运往专门的有毒、有害垃圾填埋场，但这种做法不仅花费太大而且还造成浪费，因为其中尚有不少可作原料的有用物质。回收利用废旧电池，不仅能减少环境污染，而且还能减少资源的浪费。
例
某学校设计了一节实验活动课，让学生从废旧电池中回收碳棒、MnO2、NH4Cl、ZnCl2等物质，整个实验过程如下。回答有关问题。
(1)干电池的基本构造和工作原理
如图为干电池的基本构造图。干电池工作时负极上的电极反应是__________________________，MnO2的作用是除去正极上的产物H2，该反应方程式为2MnO2＋H2===Mn2O3＋H2O。
(2)锌皮和碳棒的回收
用钳子和剪子剪开待回收的干电池的锌筒，将锌皮和碳棒取出，并用毛刷刷干净，将电池内的黑色粉末移入烧杯中。
(3)氯化铵、氯化锌的提取、检验和分离
①如何从黑色粉末中提取NH4Cl和ZnCl2等晶体的混合物？写出简要的实验步骤________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
②设计简单的实验证明所得晶体中含有NH。
实验步骤________________________________________________________________________
________________________________________________________________________；
实验现象________________________________________________________________________；
有关的离子方程式________________________________________________________________________。
③用________的方法可将NH4Cl和ZnCl2的晶体混合物分离开。
④最后剩余的黑色残渣的主要成分是MnO2，还有炭黑和有机物等。可用灼烧的方法除去杂质，该实验中要用到的主要仪器有________________________________________________________________________。
【解析】　以干电池为情景综合考查物质的提取、检验和分离。